科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究 (2).ppt

通道蛋白研究,南楼高中吴凤媛,一、回忆,1.物质跨膜运输的方式有几种？2.这几种运输的方式有什么异同?,二、关注水通道蛋白被发现历程,思考水分子通过膜分子间隙扩散，转运效率如何？,H2O,细胞生命活动离不开水，有时水需要快速转运进出细胞,膜上磷脂双分子层内部是疏水的，几乎阻碍所有水溶性分子通过。,H2O,离子,推测：细胞膜上可能存在特殊转运水分子的通道蛋白,科学家将哺乳动物红细胞放入低渗溶液中，很快吸水胀破，发生溶血现象。,而水生动物青蛙将自己的卵产在水中，也不会胀破，这一现象暗示什么？,水分子不容易进入蛙卵细胞膜，细胞膜上也无水通道蛋白。,1988年美国科学家阿格雷小组在红细胞膜上发现一个跨膜蛋白CHIP28，如何证明CHIP28就是水通道蛋白？选用爪蟾卵细胞做材料？他们将表达了CHIP28的非洲爪蟾卵细胞和没有表达CHIP28的卵细胞分别放入低渗溶液中。,含有CHIP28的非洲爪蟾卵细胞体积迅速膨胀破裂，没有CHIP28的非洲爪蟾卵细胞无变化。但还不能下结论CHIP28就是水通道蛋白，也可能是辅助蛋白，为了增强说服力，之后他们又进行脂质体重组实验，将CHIP28重组到脂质体中，这种膜上只含有CHIP28的脂质体也会吸水膨胀，证实CHIP28就是水通道蛋白，这一发现揭示了细胞膜上确实存在水通道蛋白。CHIP28就是第一个被发现的水通道蛋白,后来阿格雷公布世界第一张水通道蛋白立体照片，这种通道蛋白只允许水分子跨膜转运。水通道蛋白广泛存在生物体细胞膜上。在生物体中有重要作用，如植物抗旱，动物肾小管重吸收作用。,三、自主合作学习,1、说出通道蛋白的概念及分类2、掌握通道蛋白的结构、作用特性3、比较膜转运蛋白的两大类型的异同,阅读课本P74授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究和相关课外资料,1.通道蛋白,2.通道蛋白分类：,2003年诺贝尔化学奖授予了研究水通道的，研究离子通道的,一类跨越细胞膜磷脂双分子层的类似管道的膜蛋白质。能转运物质进出细胞膜。,水通道蛋白离子通道蛋白,阿格雷,麦金农,1.水通道蛋白及机理,四、通道蛋白,2.离子通道蛋白,.离子通道蛋白静息电位动作电位形成机制,载体蛋白,载体蛋白-离子泵（维持膜内高钾膜外高钠）,3.离子通道蛋白特性1）特异性2）瞬时性3）高效性4）被动运输,一种离子通道只允许一种离子通过,只有在对特定刺激发生时才瞬时开放,从高浓度向低浓度运输，不耗能,4、两种转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白异同相同点：不同点：1是否与底物结合来实现物质跨膜转运2、速率快慢3、运输方式,都是跨膜起转运作用的蛋白质，都有特异性,载体蛋白通过与底物结合，自身蛋白构象发生改变,通道蛋白不与底物结合，而是通过其中的通道,载体蛋白转运速率慢，通道蛋白非常快,载体蛋白有的能执行被动运输（如运送葡萄糖进入红细胞），有的能执行主动运输（如钠钾离子泵参与的钠离子外排）通道蛋白只能执行被动运输（钠离子内流）,小组合作尝试用以下元件构建物质的跨膜运输方式的概念图,被动运输,主动运输(逆浓度梯度),自由扩散,协助扩散,载体蛋白,通道蛋白,五、小结,被动运输(顺浓度梯度),主动运输(逆浓度梯度),自由扩散,物质的跨膜运输的方式,协助扩散,载体蛋白,通道蛋白,载体蛋白,离子泵,1.研究发现，水分子进入植物细胞的两种方式如图所示下列叙述错误的是（）A水通道蛋白是跨越细胞膜的蛋白质B水分子通过水通道蛋白是顺相对含量梯度运输的C土壤溶液浓度过高时，植物细胞吸水需要消耗能量D水分子不通过水通道蛋白的跨膜运输方式为自由扩散,六、巩固练习,C.,2、下列关于通道蛋白的说法，不正确的是（）A一种离子通道只允许一种离子通过B离子通道与细胞内外渗透压的调节有关C离子通道蛋白的跨膜运输方式为主动运输D离子通道只在对特定刺激发生反应时才瞬时开放,C.,3.设计实验请回答下列有关生物膜的问题2003年，研究细胞水通道和离子通道的科学家获得了诺贝尔化学奖。科学家在研究细胞膜上的各种蛋白质时，通过测定氨基酸序列及其相应的DNA序列，发现了一种细胞水通道蛋白，并推测细胞渗透吸水、失水过程中，水分子进出细胞需要通过此通道。为验证这一假设，科学家得到了如下材料：a分离纯化的水通道蛋白；b含有水通道蛋白的细胞；c去除水通道蛋白的细胞；d.磷脂双分子层构成的内含水溶液的球状体（其膜结构能与加入的蛋白质结合）e能够抑制蛋白质活性的含汞离子的试剂f蒸馏水某小组同学设计了以下实验研究水通道：取一只培养皿，加入一定量的蒸馏水，放入含有水通道蛋白的细胞，一段时间后用显微镜观察。加入水通道蛋白的细胞吸水涨破。结论：水分子通过水通道蛋白进入细胞内部。,此实验的目的是_。找出上述实验过程的不合理之处，并加以改正。_七、课后设计实验选取前面科学家找到的材料，设计另外一个实验，验证科学家提出的假设。方法：_预计将出现的现象：_结论：_预计将出现的现象：_。结论：_。,验证水分子进出细胞需通过水通道蛋白,缺少对照实验；改正：取另一只培养皿，加等量的蒸馏水，将不含有水通道蛋白的细胞放入，在相同条件下放置一段时间后用显微镜观察。不含水通道蛋白的细胞保持原状,A将分离纯化的水通道蛋白与球状体混合，得到含有水通道蛋白的球状体；B取甲、乙两只